Uso de la inducción magnética para facilitar la creación de redes inalámbricas

¿Qué es la comunicación inalámbrica basada en inducción magnética?

La inducción magnética (MI) permite la comunicación inalámbrica mediante la inducción de un campo magnético entre los dispositivos transmisor y receptor. La inducción magnética es una excelente solución para permitir la comunicación inalámbrica de larga distancia bajo el agua y bajo tierra. Aunque existen muchas técnicas de comunicación inalámbrica, como las ondas electromagnéticas y las ondas acústicas, solo son efectivas cuando el aire y el agua son los medios de propagación, respectivamente. Las técnicas tradicionales no son efectivas con materiales densos como suelo, depósitos de petróleo, etc. En tales casos, donde los medios tienen una gran absorción de material, se utilizan técnicas de inducción magnética para una comunicación inalámbrica efectiva. La tasa de absorción del material se refiere a la capacidad de un material para absorber ondas EM.

Razones para utilizar la Inducción Magnética como Medio Inalámbrico

Comunicación inalámbrica subterránea

La comunicación subterránea es un desafío para la comunicación inalámbrica, ya que el medio de propagación no es el aire sino materiales densos como el suelo, el agua y las rocas. La comunicación electromagnética (EM) no es efectiva debido a los siguientes problemas:

1. Problema de canal dinámico (asignación de canales a usuarios en función del tráfico, sobre la marcha)
2. Mayor pérdida de trayecto (degradación de la señal)
3. Mayor tamaño de antena

Los métodos modernos que utilizan la inducción magnética resuelven dos de los problemas mencionados anteriormente: mayor tamaño de antena y problemas de condición dinámica del canal. Aunque la pérdida de ruta existe en MI y no se puede resolver por completo, se están desarrollando métodos para reducir la pérdida de ruta y algunos ya están en uso. Los medios de propagación densos como el agua y el suelo provocan variaciones menores en las tasas de atenuación del campo magnético en comparación con el aire, ya que la permeabilidad magnética del suelo y el agua son similares. La permeabilidad se refiere a la capacidad de cualquier material para soportar la formación de un campo magnético.

¿Cómo supera MI las limitaciones de EM Underground?

Los canales MI son constantes y no dinámicos como los canales EM. Las condiciones del canal son constantes en varios medios de propagación como el agua, el suelo y el aire, ya que las tasas de atenuación del campo magnético permanecen constantes en un medio no magnético. Para aumentar el rango de transmisión, EM usa un tamaño de antena más grande, pero MI usa la propiedad de guía de ondas que implica aumentar el número de bobinas de relé entre el receptor y los dispositivos transmisores.

Comunicación inalámbrica submarina

Aunque las ondas acústicas son un método de capa de comunicación física muy eficaz para UWCN (redes de comunicación inalámbricas submarinas) , estas ondas se ven afectadas por los siguientes problemas:

1. Desvanecimiento
2. Propagación multicamino: las señales transmitidas toman más de un camino para llegar al destino.
3. Ruido

Estos problemas conducen a un bajo ancho de banda, altas tasas de error de bits y mayores retrasos de propagación.

¿Cómo supera MI las limitaciones de las ondas acústicas bajo el agua?

Estas limitaciones se pueden superar utilizando el canal de Inducción Magnética, ya que no se ve afectado por la propagación o el desvanecimiento de trayectos múltiples y no enfrenta grandes retrasos de propagación. La tecnología de guía de ondas de inducción magnética reduce la pérdida de trayecto. Usando MI, el alcance de la comunicación inalámbrica se extiende a varios cientos de metros en el agua debido al control de tasa de error de bit alto de MI.

Los transceptores MI funcionan en bandas estrechas para evitar el ruido. Los sistemas de comunicación MI son altamente direccionales a diferencia de las ondas acústicas que utilizan la propagación por trayectos múltiples. El desvanecimiento de la señal se evita utilizando suficientes repetidores o bobinas de relé entre los dispositivos de transmisión y recepción.

Beneficios de la inducción magnética para la comunicación inalámbrica

• La Inducción Magnética tiene un canal constante ya que su pérdida de trayectoria depende únicamente de la permeabilidad del medio de propagación. La permeabilidad sigue siendo similar independientemente del medio: aire, la mayoría de los tipos de roca, suelo y agua, mientras que en la comunicación de ondas EM, la pérdida de trayectoria depende principalmente de la absorción del material, que cambia según las condiciones del suelo.
• En los sistemas de ondas MI, la potencia de transmisión disminuye con respecto a la potencia recibida a medida que aumenta el rango de transmisión. Esto hace que los canales de comunicación MI sean efectivos para comunicaciones inalámbricas con restricciones de energía .
• En aplicaciones inalámbricas bajo el agua, MI requiere un ancho de banda muy inferior , de 1 a 2 kilohercios, que es mucho menor en comparación con otros sistemas de comunicación inalámbrica.
• Los sistemas MI resuelven los problemas de canal dinámico y tamaño de antena grande causados ​​por EM en la comunicación inalámbrica subterránea.

Peligros de la inducción magnética para la comunicación inalámbrica

• Debido a las limitaciones físicas de la antena de bobina pequeña, el rango de comunicación de MI es limitado.
• La técnica de inducción magnética sufre de retraso en la señal .
• La pérdida de ruta todavía existe en los sistemas de comunicación de Inducción Magnética. Aunque la pérdida de trayectoria de MI es menor que EM en suelo húmedo y normal, es mayor que EM en suelo seco.

Resumen de la lección

La inducción magnética es un estándar de comunicación inalámbrico alternativo para la transmisión a través de materiales densos como suelo, petróleo, roca y agua. La técnica de ondas MI es altamente efectiva en comunicaciones inalámbricas submarinas y subterráneas.

El sistema MI inalámbrico supera las desventajas de las ondas EM, como las condiciones dinámicas del canal y el tamaño de antena más grande . El sistema de guía de ondas MI mantiene un canal constante , efectivo para sistemas con restricciones de energía y utiliza un ancho de banda más bajo .

A pesar de estas ventajas, el sistema MI también sufre limitaciones en el rango de comunicación , retraso de la señal y pérdida de ruta .